KR102037136B1 - Apparatus for processing waste Per-Fluoro-Compounds gas and quencher therefor - Google Patents
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Abstract
반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 SF6, CF4, NF3 등의 불화가스를 처리하는 폐 불화가스 처리장치에 관한 것이다.
폐 불화가스 처리장치는
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하는 전처리 장치;
상기 전처리 장치를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 열분해 하는 연소반응기;
상기 연소반응기로부터 배출되는 고온의 연소가스의 온도를 급속하게 냉각시키는 급속 냉각 장치;
상기 급속 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 연소가스에 포함된 불화 물질을 제거하는 후처리 장치; 및
상기 연소반응기에 제공되는 연소 공기를 예열하는 예열기;
를 포함한다.The present invention relates to a waste fluorine gas treating apparatus for treating fluorinated gases such as SF6, CF4, and NF3 emitted from semiconductor and display manufacturing processes.
Waste fluorine gas treatment device
A pretreatment apparatus for removing fine dust and acid components contained in the fluorinated gas discharged from the semiconductor and display manufacturing process;
A combustion reactor for thermally decomposing fluorinated gas from which fine dust and acid components are removed through the pretreatment apparatus at a high temperature;
A rapid cooling device for rapidly cooling a temperature of the hot combustion gas discharged from the combustion reactor;
A post-treatment device for removing fluorinated substances contained in the cooled combustion gas discharged from the rapid cooling device; And
A preheater for preheating combustion air provided to the combustion reactor;
It includes.
Description
본 발명은 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 SF6, CF4, NF3 등의 폐 불화(Per-Fluoro-Compounds; PFC) 가스를 처리하는 불화가스 처리 장치에 관한 것으로서 특히, 불화가스를 열분해 함으로써 처리 효율을 높이는 열분해 방식의 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluorinated gas treating apparatus for treating waste fluoride (Per-Fluoro-Compounds) gases such as SF 6 , CF 4 , and NF 3 emitted from semiconductor and display manufacturing processes. Pyrolysis method to increase processing efficiency
폐 불화가스 처리 장치 및 이에 적합한 급속 냉각 장치에 관한 것이다.It relates to a waste fluorine gas treatment device and a rapid cooling device suitable therefor.
반도체, 디스플레이 공정에서 세정 가스로 SF6, CF4, NF3 등의 불화가스가 사용된다. 이 불화가스의 세정능력으로 제품의 생산성이 향상되어 사용량과 배출량이 꾸준히 증가하고 있다. Fluorine gases, such as SF 6 , CF 4 , and NF 3 , are used as cleaning gases in semiconductor and display processes. The product's productivity is improved by the cleaning ability of the fluorinated gas, and the amount of usage and emissions is steadily increasing.
불화가스는 다른 가스 성분과의 반응성이 낮고 잘 분해되지 않아 제품의 손실률을 낮추는 효과가 있는 것이다. Fluoride gas has a low reactivity with other gas components and does not decompose well, thereby reducing the loss rate of the product.
그러나 이 불화가스 등은 지구온난화를 가속화시키는 온실가스로 국내외적으로 환경적인 이슈화로 사용량을 감축하거나 다른 물질로 전환하려는 움직임을 보인다. However, this fluoride gas is a greenhouse gas that accelerates global warming, and it shows a movement to reduce the use or convert to another material due to environmental issues at home and abroad.
반면 반도체, 디스플레이 제품의 생산성 유지와 기존에 생산공정의 변경이 용이하지 않아 계속해서 사용되고 있으며, 이로 인하여, 배출량을 감축시키려는 움직임이 나타나고 있다. On the other hand, semiconductors and display products are being used continuously because they are not easy to maintain the productivity and change of the existing production process, and as a result, there is a movement to reduce emissions.
불화가스를 처리하는 방법을 몇 가지 소개하면 다음과 같다.Here are some ways to treat fluoride gases:
첫째, 분리회수를 통해 자원을 재활용하고 환경오염을 줄이는 방법이 있으며, 이에는 흡착법(PSA, TSA, Cryogenic)과 막(membrane)을 이용한 방법 등이 포함된다. 그러나 이러한 방법은, 배출되는 불화 가스가 순수한 불화가스로만 구성되어 있지 않기 때문에 크게 각광을 받지 못하고 있다. 구체적으로, 생산 공정에서 배출되는 불화가스에는 불화가스 이외에도 여러 가지 물질들이 포함된 것은 물론, 입자들까지 포함되어 있기 때문에, 막이나 흡착을 이용한 회수 방법 등이 제대로 그 성능을 발휘할 수가 없어 실제 산업현장에서 적용되지 못하고 있다.First, there are ways to recycle resources and reduce environmental pollution through separation recovery, which includes adsorption (PSA, TSA, Cryogenic) and membranes. However, this method has not received much attention because the fluorinated gas discharged is not composed of pure fluorine gas only. Specifically, since the fluoride gas discharged from the production process includes not only fluorine gas but also various substances, and also particles, the recovery method using a membrane or adsorption cannot properly exhibit its performance, and thus an actual industrial site. Is not being applied in.
둘째, 불화가스를 분해하거나 제거하여 대기 중으로 방출하는 처리기술이 있다. 이러한 방법은 분리회수방법과 달리 산업현장에서 검증된 기술이기 때문에 불화가스를 처리하는 기술의 주종을 이루어 왔다. 불화가스는 매우 안정화된 물질이기 때문에, 반응이나 연소분해 이외의 다른 방법으로는 바로 제거되지 않고, 대부분 두 가지 공정을 연속적으로 지나면서 처리된다. 즉, 이 불화가스를 분해하는 공정과 분해로 생성된 산 및 염기성 가스를 처리하는 공정으로 이루어져 있다.Second, there is a treatment technology that decomposes or removes fluorinated gas and releases it into the atmosphere. Since this method is a proven technology in the industrial field unlike the separate recovery method, it has been predominant in the technology of treating fluorinated gas. Since fluoride gas is a very stabilized material, it is not immediately removed by any method other than reaction or combustion decomposition, and most of it is processed through two processes continuously. That is, it consists of the process of decomposing this fluoride gas, and the process of processing the acid and basic gas produced | generated by decomposition.
셋째, 분해 활성화 에너지를 낮추어 상대적 저온에서도 분해할 수 있게 하는 기술이 있으며, 이는 세계적으로 히타치, 한국의 화학연구원 등 몇 개의 회사만이 보유하고 있는 상태이다. 이러한 기술은 촉매를 이용하여 그 목표를 달성하는 것이 대부분인데, 고온 분해 물질을 상대적 저온(700℃)에서도 분해처리할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 그동안, 이 기술은 700℃ 이상에서의 촉매의 내구성 여부가 기술발전의 큰 관건이었다. 근래 들어 이런 촉매의 내구성 문제를 해결함으로써 기술수준이 한층 높아졌다. Third, there is a technology that lowers the decomposition activation energy so that it can be decomposed at a relatively low temperature, and only a few companies in the world, such as Hitachi and Korea Chemical Research Institute, possess it. Most of these technologies use catalysts to achieve this goal. The advantage is that high-temperature decomposition materials can be decomposed at relatively low temperatures (700 ° C). In the meantime, the durability of the catalyst at 700 ° C or higher has been a key factor in the development of this technology. In recent years, the technical level has been further improved by solving the durability problem of such a catalyst.
그러나 이 기술 또한, 분리회수기술에서도 지적하였듯이, 불화가스가 다른 물질 및 입자까지 포함하고 있기 때문에, 촉매 활성의 급격한 저하가 기술발전의 가장 큰 장애 요인이다. 따라서, 이러한 기술은 전처리 공정을 거친 후 촉매를 이용하는 공정으로 발전하고 있다.However, this technique also, as pointed out in the separation recovery technology, because the fluoride gas also contains other substances and particles, the sharp drop in catalyst activity is the biggest obstacle to the development of technology. Therefore, such technology has been developed into a process using a catalyst after a pretreatment process.
열분해 된 불화가스의 경우, 고온에서 저온으로 서서히 냉각될 경우 고온에서 분해된 물질처리에 문제가 발생할 수 있기 때문에, 분해가스의 급속한 냉각이 필수적이다. 이를 위해, 일반적으로 고온의 분해가스에 스프레이 식으로 물을 뿌려 냉각시키거나 혹은 스팀 발생기, 연소공기 예열 열 교환기와 스크러버를 연속으로 설치하여 폐열을 회수함과 동시에 고온에서 저온으로 냉각시키는 방법 등이 있다. In the case of pyrolyzed fluorinated gas, rapid cooling of the cracked gas is essential because it may cause a problem in treating the decomposed material at high temperature if it is gradually cooled from high temperature to low temperature. To this end, in general, spraying water on a high-temperature cracked gas by cooling or spraying a steam generator, a combustion air preheating heat exchanger and a scrubber in a continuous manner recovers waste heat and simultaneously cools it from high temperature to low temperature. have.
그러나 위의 모든 방법은 실제로 1200~1350℃에서 100℃ 이하로 급속하게 냉각시키기에는 효과적이지 못하다. 대부분, 위의 방법들을 2가지 이상 조합하거나 단독으로 사용할 경우 냉각된 연소가스는 대개 200℃ 이상이다. However, all of the above methods are not effective for rapidly cooling from 1200-1350 ° C to below 100 ° C. Most of the time, the combination of two or more of the above methods, or when used alone, the cooled combustion gas is usually above 200 ° C.
[특허문헌][Patent Documents]
공개특허 10-2017-0037336 (2017.04.04. 공개)Patent Application Publication No. 10-2017-0037336 (published Apr. 4, 2017)
등록특허 10-151449 (2015.04.16. 등록)Patent Registration 10-151449 (2015.04.16. Registration)
본 발명은 상기의 요구에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 불화가스를 고효율로 처리할 수 있는 고효율의 폐 불화가스 처리장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented in order to meet the above demands, and an object of the present invention is to provide a high-efficiency waste fluorine gas treating apparatus capable of treating fluorine gas discharged from a semiconductor and display manufacturing process with high efficiency.
본 발명의 다른 목적은 상기의 폐 불화가스 처리장치에 적합한 급속 냉각 장치를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a rapid cooling device suitable for the waste fluorine gas treatment device described above.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐 불화가스 처리장치는Waste fluoride gas treatment apparatus according to the present invention for achieving the above object is
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 불화가스를 처리하는 폐 불화가스 처리장치에 있어서,In the waste fluoride gas treatment apparatus for treating waste fluoride gas discharged from the semiconductor, display manufacturing process,
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하는 전처리 장치; A pretreatment device for removing fine dust and acid components contained in waste fluoride gas discharged from a semiconductor and display manufacturing process;
상기 전처리 장치를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 열분해 하는 연소반응기;A combustion reactor for thermally decomposing fluorinated gas from which fine dust and acid components are removed through the pretreatment apparatus at a high temperature;
상기 연소반응기로부터 배출되는 고온의 연소가스의 온도를 급속하게 냉각시키는 급속 냉각 장치; A rapid cooling device for rapidly cooling a temperature of the hot combustion gas discharged from the combustion reactor;
상기 급속 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 연소가스에 포함된 불화 물질을 제거하는 후처리 장치; 및 A post-treatment device for removing fluorinated substances contained in the cooled combustion gas discharged from the rapid cooling device; And
상기 연소반응기에 제공되는 연소 공기를 예열하는 예열기; 를 포함한다.A preheater for preheating combustion air provided to the combustion reactor; It includes.
여기서, 상기 급속 냉각 장치는Here, the rapid cooling device
물과의 열교환을 통하여 연소 가스의 온도를 급속하게 하강시키는 급속 냉각 탱크;A rapid cooling tank for rapidly lowering the temperature of the combustion gas through heat exchange with water;
상기 연소 반응기에서 배출되는 연소가스를 상기 급속 냉각 탱크의 일정 수위 밑으로 유입하는 하강관;A downcoming pipe introducing the combustion gas discharged from the combustion reactor below a predetermined level of the rapid cooling tank;
상기 하강관을 지지하는 하강관 받침대;A downcomer pedestal for supporting the downcomer;
상기 하강관의 주위를 일정거리로 둘러싸고 있는 내벽;An inner wall surrounding the downcomer at a predetermined distance;
을 포함하며, Including;
여기서, 상기 하강관의 하부에는 상기 하강관의 둘레 방향을 따라 복수의 가스배출구가 천공되어 있고,Here, a plurality of gas outlets are drilled in the lower portion of the downcoming pipe along the circumferential direction of the downcoming pipe,
상기 내벽의 내부에는 일정 수위의 물이 채워지는 것을 특징으로 한다. Inside the inner wall is characterized in that the water of a certain level is filled.
여기서, 상기 급속 냉각 장치는Here, the rapid cooling device
상기 하강관의 상측 단부에 결합되며 물을 수용하는 냉각 재킷을 더 구비하고,A cooling jacket coupled to the upper end of the downcomer and receiving water;
상기 하강관의 상측 단부에는 상기 냉각 재킷에 수용된 물이 흘러들어 올 수 있는 복수의 배출구가 상기 하강관의 둘레를 따라 복수개 설치된 것을 특징으로 한다. The upper end of the downcoming pipe is characterized in that a plurality of outlets through which the water received in the cooling jacket flows can be installed along the circumference of the downcoming pipe.
여기서, 상기 하강관의 상부는 깔때기 모양으로 테이핑된 것을 특징으로 한다. Here, the upper portion of the downcomer is characterized in that the taping in the shape of a funnel.
여기서, 상기 냉각 재킷이 일정량의 물을 수용하도록 상기 냉각 재킷에 물을 공급하는 비상용 급수조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the cooling jacket further comprises an emergency water supply tank for supplying water to the cooling jacket to receive a predetermined amount of water.
여기서, 상기 급속 냉각 장치는 Here, the rapid cooling device
상기 급속 냉각 탱크 내부의 물을 자체 순환을 시키는 순환수 펌프; 및A circulating water pump for self-circulating water in the rapid cooling tank; And
순환수 배관에 설치되는 순환수 냉각기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A circulation water cooler installed in the circulation water pipe; It characterized in that it further comprises.
여기서, 상기 연소 반응기는Here, the combustion reactor
연료를 연소시키는 메인 버너를 포함하는 연소실; 및A combustion chamber comprising a main burner for burning fuel; And
내화물로 둘러싸여 있고 불화가스가 고온에서 열분해 하는 내부 공간을 제공하는 반응실을 포함하며,A reaction chamber surrounded by a refractory and providing an internal space for pyrolysis of the fluorinated gas at a high temperature;
여기서, 상기 메인 버너는 Here, the main burner
폐 불화가스와 혼합된 연료를 분사하는 연료분사봉;A fuel injection rod for injecting fuel mixed with waste fluorine gas;
상기 연료분사봉의 주위를 깔대기 모양으로 둘러싸고 있는 분사구; 및An injection hole surrounding the fuel injection rod in a funnel shape; And
상기 분사구의 내주면에 대하여 접선방향으로 연소공기를 투입하는 연소공기 투입구; 를 포함하여 와류 형태의 불꽃을 발생하는 것을 특징으로 한다.Combustion air inlet for injecting combustion air tangentially with respect to the inner circumferential surface of the injection hole; It characterized in that to generate a vortex-like flame, including.
여기서, 상기 연소가스 주입구에서 상기 연료분사봉에 대하여 수직으로 그은 선이 상기 연료분사봉과 만나는 점을 a점이라 하고 상기 연료분사봉의 선단을 b점이라 할 때, 상기 연료분사봉에서 a점 및 b점 각각에 그은 선들 사이의 각도는 50~70도인 것을 특징으로 한다. Here, the point a and the line perpendicular to the fuel injection rod at the combustion gas injection port meets the fuel injection rod is a point and the tip of the fuel injection rod is a point b, point a and b in the fuel injection rod The angle between the lines drawn on each of the points is characterized in that 50 to 70 degrees.
여기서, 상기 연소가스 주입구를 상기 분사구의 둘레를 따라 복수개 설치한 것을 특징으로 한다.Here, the combustion gas injection port is characterized in that a plurality provided along the circumference of the injection port.
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 급속 냉각 장치는 열분해 방식의 폐 불화가스 처리 장치에 사용되는 것으로서,Rapid cooling device according to the present invention to achieve the above another object is to be used in the waste pyrolysis gas treatment device of the pyrolysis method,
물과의 열교환을 통하여 연소 가스의 온도를 급속하게 하강시키는 급속 냉각 탱크;A rapid cooling tank for rapidly lowering the temperature of the combustion gas through heat exchange with water;
연소가스를 상기 급속 냉각 탱크의 일정 수위 밑으로 유입하는 하강관;A downcoming pipe introducing combustion gas below a predetermined level of the rapid cooling tank;
상기 하강관을 지지하는 하강관 받침대;A downcomer pedestal for supporting the downcomer;
상기 하강관의 주위를 일정거리로 둘러싸고 있는 내벽;An inner wall surrounding the downcomer at a predetermined distance;
을 포함하며, Including;
여기서, 상기 하강관의 하부에는 상기 하강관의 둘레 방향을 따라 복수의 가스배출구가 천공되어 있고,Here, a plurality of gas outlets are drilled in the lower portion of the downcoming pipe along the circumferential direction of the downcoming pipe,
상기 내벽의 내부에는 일정 수위의 물이 채워지는 것을 특징으로 한다. Inside the inner wall is characterized in that the water of a certain level is filled.
여기서, 상기 급속 냉각 장치는Here, the rapid cooling device
상기 하강관의 상측 단부에 결합되며 물을 수용하는 냉각 재킷을 더 구비하고,A cooling jacket coupled to the upper end of the downcomer and receiving water;
상기 하강관의 상측 단부에는 상기 냉각 재킷에 수용된 물이 흘러들어 올 수 있는 복수의 배출구가 상기 하강관의 둘레를 따라 복수개 설치된 것을 특징으로 한다. The upper end of the downcoming pipe is characterized in that a plurality of outlets through which the water received in the cooling jacket flows can be installed along the circumference of the downcoming pipe.
여기서, 상기 하강관의 상부는 깔때기 모양으로 테이핑된 것을 특징으로 한다.Here, the upper portion of the downcomer is characterized in that the taping in the shape of a funnel.
본 발명은 SF6, CF4, NF3 등의 불화가스에 대하여 제거효율을 95% 이상 유지하는 장치로서, 각 가스 성분별로 SF6 1150~1300℃, CF4 1100~1250℃, NF3 950~1100℃의 반응온도에서 고농도, 즉 1500~3000ppm의 각 성분의 인입 농도에 대하여 95% 이상의 제거효율을 나타낸다.The present invention is a device for maintaining the removal efficiency of 95% or more with respect to fluorinated gases such as SF 6 , CF 4 , NF 3 , SF 6 1150 ~ 1300 ℃, CF 4 1100 ~ 1250 ℃, NF 3 950 ~ At a reaction temperature of 1100 ° C, the removal efficiency is higher than 95% for the high concentration, ie, the inlet concentration of each component of 1500-3000 ppm.
도 1은 본 발명에 따른 폐 불화가스 처리장치의 구성을 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 전처리 장치의 구성을 도시한다.
도 3은 연소실의 구성을 보인다.
도 4는 메인 버너의 구성을 보인다.
도 5는 반응기 본체의 구성을 보인다.
도 6은 급속 냉각 장치의 구성을 보이는 단면도이다.
도 7은 급속 냉각 장치의 내부 구성을 상세하게 보인다.1 shows a configuration of a waste fluorine gas treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 2 shows the configuration of the pretreatment apparatus shown in FIG. 1.
3 shows the configuration of the combustion chamber.
4 shows the configuration of the main burner.
5 shows the configuration of the reactor body.
6 is a cross-sectional view showing the configuration of a rapid cooling device.
7 shows the internal structure of the rapid cooling apparatus in detail.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 폐 불화가스 처리장치의 구성을 도시한다.1 shows a configuration of a waste fluorine gas treatment apparatus according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐 불화가스 처리장치(100)는 전처리 장치(102), 연소반응기(104), 급속 냉각 장치(Quencher, 106), 후처리 장치(108), 예열기(110)를 포함하는 본 발명 장치에 대한 전체구성을 도시하는 것이다.Referring to FIG. 1, the waste fluorinated
전처리 장치(102)는 반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하기 위한 것으로서, 습식 전기 집진 장치로 구현된다.The
불화가스는 반도체, 디스플레이 생산 공정 가운데 증착, 에칭 등의 공정에서 퍼지(purge) 기능을 위하여 사용된다. 이에 따라, 불화가스에는 제품에 부착되어 있던 이물질(미세먼지)과 산(Acid) 성분이 포함되어 배출된다. 이러한 물질들은 폐 불화가스 처리장치(100)의 막힘 현상을 발생하거나, 기계 부식을 가속화하여 설비의 잦은 고장이나 유지보수 비용의 증가를 유발함으로써 운영 및 관리에 악영향을 미치게 된다. Fluoride gas is used for purge function in processes such as deposition and etching in semiconductor and display production processes. As a result, the fluorinated gas contains foreign substances (fine dust) and acid components attached to the product and is discharged. These materials adversely affect operation and management by causing clogging of the waste fluorinated
이를 처리하기 위하여, 전처리 장치(102)를 사용하여 불화가스에 포함된 미세먼지와 산 성분을 제거한다. To treat this, the
일반적으로, 연소분해가스로부터 불순물들을 제거하는 방식은 스프레이(spray) 방식이나 스크러버(scrubber)가 대표적이다(미국특허 제5955037호/5716428호/5649985호). 이것은 고온의 분해가스가 스크러버 하부로 주입되고 스크러버를 통과하면서 스크러버 상부에서 내려오는 물과 접촉하여 분해가스의 온도는 냉각되고 불순물들은 물속으로 확산되어 불순물이 없는 가스가 스크러버 상부로 배출되는 방식으로서 가장 기본적인 방식이다. In general, the method of removing impurities from the combustion cracking gas is a spray method or a scrubber (US Patent No. 5955037/5716428/5649985). This is the method by which hot cracked gas is injected into the lower part of the scrubber and passes through the scrubber and comes into contact with water coming down from the upper part of the scrubber so that the temperature of the cracked gas is cooled and impurities are diffused into the water so that the impurity free gas is discharged to the upper part of the scrubber. That's the basic way.
본 발명에 따른 폐 불화가스 처리장치(100)에 있어서 전처리 장치(102)는 습식 전기 집진 장치로 구현된다. 습식 전기 집진 장치는 고전압방전을 통하여 가스 중의 입자에 하전을 주어 이를 통하여 미세먼지 및 오염물질을 응집시켜 제거하는 방식이다.In the waste fluorinated
도 2는 도 1에 도시된 전처리 장치의 구성을 도시한다.FIG. 2 shows the configuration of the pretreatment apparatus shown in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 전처리 장치(102)는 습식 전기 집진 장치로 구성되며, 미립자 제거 장치(202), 제1이오나이저(ionizer, 204), 제1분사장치(206), 제2이오나이저(208), 제2분사장치(210) 그리고 디미스터(212)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
다량의 미세먼지가 한꺼번에 유입되면, 1차 이오나이저(204)에 과부하가 걸려 집진 효율이 감소할 수 있다. 미립자 제거 장치(202)는 미세먼지 중 크기가 비교적 큰 입자를 먼저 제거하여 1차 이오나이저(204)에서 미세 입자가 비저항체로 작용하여 발생되는 이오나이저의 하전 효율 저하를 방지함으로써 제1이오나이저(204)의 부하를 줄여주는 역할을 한다. 포그 노즐(fog nozzle)로 물을 분사하여 미세 먼지를 응집시켜 떨어뜨리는 원리를 이용한다.When a large amount of fine dust is introduced at once, the
제1이오나이저(204)는 고압 코로나(corona) 방전을 발생시켜 가스 중에 섞여있는 미립자를 하전 시키며, 하전 된 미립자는 서로 결합하여 집진판(204a)에 부착이 된다. 집진판(204a)에 부착된 미립자들은 집진판(204a)에 형성된 수막을 통하여 아래로 흘러내려 바닥에 침전된다.The
제1분사장치(206)는 가스 중의 산(Acid) 성분을 제거하는 역할을 한다. 충전제(packing)에서 기액 접촉을 통하여 산(Acid) 성분이 용해되고 용해된 산(Acid)은 가성소다 약품과 중화하여 제거된다. 가성소다는 pH에 맞춰 수조에 투입되며 노즐로 분사된다.The
제2이오나이저(208)와 제2분사장치(210)는 앞서 제거하지 못한 오염물질을 추가로 제거하여 효율을 높이는 역할을 한다. The
디미스터(212)는 물 분자를 포집하여 외부로 배출되지 않게 하는 장치이다. 관성 충돌에 의하여 물방울을 떨어뜨리는 쉐브론 형태를 주로 이용한다. The
도 2에 있어서, HVPW는 High Voltage Power supply의 약자로 고전압 공급기를 나타낸다. 이것은 전기집진 기능의 소스(Source) 역할을 한다.In FIG. 2, HVPW stands for High Voltage Power Supply and stands for High Voltage Supply. This serves as the source of the electrostatic precipitating function.
예열기(110)는 연소반응기(104)에 제공되는 연소 공기를 예열하기 위한 것이다.The
연소반응기(104)의 반응 온도를 올리기 위하여 연료를 사용하는데 연료 사용량을 절감하기 위하여 예열기(110)를 구축하여 연소 공기의 온도를 올려 준다. 예열기(110)는 전기 히터로 구성하여 전기를 통하여 원하는 온도를 제어 유지하도록 한다. The fuel is used to raise the reaction temperature of the
약 300~400℃로 예열하면 연료의 30~40% 절감이 가능하다. 예열온도를 400℃ 이상 올려 주면 연소반응기(104)에서의 운전조건이 안정되지 못하여 불꽃이 소멸하거나, 운전 밸런스가 급변하여 안정적인 운전이 어렵다. 이는 설계된 버너의 최소 연료 사용량 이하로 연료 투입량이 줄어들어 버너의 정상 운전이 어렵기 때문이다. 따라서 연료 절감과 설비의 안정적인 운전을 확보하기 위해서는 예열온도를 300~400℃ 범위 내에서 관리하는 것이 중요하다. Preheating to about 300 ~ 400 ℃ can save 30 ~ 40% of fuel. When the preheating temperature is raised to 400 ° C. or higher, the operating conditions in the
연소반응기(104)는 전처리 장치(102)를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 가열하여 열분해 하는 것이다. The
연소반응기(104)는 SF6는 1150~1300℃, CF4는 1100~1250℃ 그리고 NF3는 950~1100℃로 상승시켜 SF6, CF4, NF3 등을 각각 열분해 시키는 역할을 한다.The
연소반응기(104)는 연소실(302)과 반응기 본체(304)로 구성되며, 연소실(302)에는 메인 버너(302a)와 보조버너(302b), 그리고 불꽃감지기(302c) 등이 구성되며(도 3 참조), 반응기 본체(304)는 내화물(304a)과 온도계(304b), 점검창(304c) 등으로 구성된다(도 5 참조).
열분해는 일정온도에서 화학적으로 분자를 분해하는 원리를 이용하는 것이다. 각 분자별로 분해온도와 열량이 정해져 있다. 본 발명의 폐 불화가스 처리장치(100)는 각각의 불화가스에 대한 분해온도를 확인하고 버너를 통하여 반응온도를 유지하도록 구성하였다.Pyrolysis uses the principle of chemically decomposing molecules at a certain temperature. The decomposition temperature and calorie value are determined for each molecule. Waste fluorine
각 분자는 원자로 분해되며, 급속 냉각 장치(106)를 통하여 급랭하지 않으면 일부 원자는 다시 재결합하여 원래의 상태로 다시 만들어진다. 또는 산소나 다른 물질과의 2차 반응으로 부산물(By-Product)을 생성한다. 이에 급속 냉각 장치(106)가 필요하게 된다. 각각의 분해 원자는 물과 결합하여 불산을 비롯한 산 성분으로 존재하게 된다. 이로 인하여 후처리 장치(108)가 필요하게 된다.Each molecule breaks down into atoms, and if not quenched through the
점화 및 온도 유지는 연소실(302)에서 이루어진다. 연소실(302)은 짧은 길이의 불꽃을 발생하는 것을 특징으로 하며, 짧은 불꽃은 반응기 본체(304)의 크기를 줄이고, 연료사용량을 절감하는 효과를 가진다. 본 발명에 있어서, 연소공기를 와류 형태로 주입함에 의해 와류 형태의 불꽃을 발생하도록 구성된다. 와류 형태의 불꽃은 동일한 가열 능력을 가지는 직선 형태의 불꽃에 비해 그 길이가 짧기 때문에 반응기 본체(304)의 크기를 줄이는 데 도움이 된다.Ignition and temperature maintenance take place in the combustion chamber 302. Combustion chamber 302 is characterized in that to generate a flame of a short length, the short flame has the effect of reducing the size of the reactor body 304, the fuel consumption. In the present invention, it is configured to generate a vortex type spark by injecting combustion air in the vortex form. Vortex type sparks are shorter in length than straight type sparks having the same heating capacity, thereby helping to reduce the size of reactor body 304.
도 3을 참조하면, 연소실(302)은 메인 버너(302a), 보조 버너(302b), 불꽃감지기(302c), 불꽃감지창(302d)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the combustion chamber 302 includes a
도 3은 연소실의 구성을 도시한다.3 shows the configuration of the combustion chamber.
도 3의 오른쪽 그림을 참조하면, 연료를 연소시키는 메인 버너(302a), 보조버너(302b), 불꽃 감지기(302c), 불꽃감지창(302d)이 도시된다. 3, the
한편, 도 3의 왼쪽 그림을 참조하면, 보조버너(302b), 불꽃 감지기(302c), 불꽃감지창(302d)이 도시된다. 도 3의 왼쪽 그림에서 메인 버너(302a)는 다른 구성이 명료하게 보이도록 하기 위해 생략되었다. 도 3의 왼쪽 그림에서 메인 버너(302a)는 정면에서 전방을 향하는 방향으로 설치된다. Meanwhile, referring to the left figure of FIG. 3, an
도 4는 메인 버너의 구성을 보인다. 4 shows the configuration of the main burner.
도 4를 참조하면, 메인 버너(302a)는 연료 분사봉(302a1), 분사구(302a2), 연소공기 투입구(302a3)을 구비한다.Referring to FIG. 4, the
연료와 폐 불화가스를 혼합한 것이 연료 분사봉(302a1)을 통하여 분사된다.The mixture of fuel and waste fluorine gas is injected through the fuel injection rod 302a1.
분사구(302a2)는 연소 공기를 분사하기 위한 것이고, 연소공기 투입구(302a3)는 연소공기가 와류 형태로 분사될 수 있도록 구성된 것이다.The injection hole 302a2 is for injecting combustion air, and the combustion air inlet 302a3 is configured to allow the combustion air to be injected in a vortex form.
도 4에서 주목할 것은 연소공기 투입구(302a3)이다. 도 4의 (a)를 참조하면, 연소공기 투입구(302a3)는 분사구(302a2) 안쪽의 내주면을 따라 복수개 바람직하게는 8개가 설치된다. 도 4의 (b)를 참조하면, 연소공기 투입구(302a3)는 분사구(302a2)의 내주면에 대하여 접선 방향으로 연소공기를 투입하도록 설치된다. Note in Fig. 4 is the combustion air inlet 302a3. Referring to FIG. 4A, a plurality of combustion air inlets 302a3 are provided along the inner circumferential surface of the injection hole 302a2, preferably eight. Referring to FIG. 4B, the combustion air inlet 302a3 is installed to inject combustion air in a tangential direction with respect to the inner circumferential surface of the injection hole 302a2.
분사구(302a2)의 내주면을 따라 접선 방향으로 투입된 연소 공기는 분사구(302a2)의 내주면을 따라 회전하면서 분사된다. 즉, 연소공기가 와류 형태로 분사하게 된다. 와류 형태로 분사되는 연소 공기는 연료 투입봉(302a1)의 선단에서 연료와 만나게 되고, 이에 점화하여 불꽃을 발생한다. 이에 따라 발생되는 불꽃이 와류 형태가 된다.Combustion air injected in the tangential direction along the inner circumferential surface of the injection hole 302a2 is injected while rotating along the inner circumferential surface of the injection hole 302a2. That is, the combustion air is injected in the form of vortex. Combustion air injected in the vortex form meets fuel at the tip of the fuel injection rod 302a1, and ignites it to generate a spark. The spark generated thereby becomes a vortex.
도4의 (c)를 참조하면 연소공기 투입구(302a3)에서 분사구(302a2)의 접선방향으로 연소공기가 진입되는 것을 보이는 도이다.Referring to FIG. 4C, the combustion air is introduced into the tangential direction of the injection hole 302a2 from the combustion air inlet 302a3.
도 4의 (d)를 참조하면, 연소공기 투입구(302a3)에서 연료 분사 방향에 대하여 수직으로 그은 선과 연료분사봉(302a1)이 만나는 점을 a점이라 하고 연료분사봉(302a1)의 선단을 b점이라 할 때, 연소공기 투입구(302a3)에서 a점 및 b점 각각에 그은 선들 사이의 각도가 50~70도가 되는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4D, the point where the line drawn perpendicular to the fuel injection direction and the fuel injection rod 302a1 meets at the combustion air inlet 302a3 is point a, and the tip of the fuel injection rod 302a1 is b. In terms of points, it is preferable that the angles between the lines drawn at points a and b of the combustion air inlet 302a3 be 50 to 70 degrees.
연소공기 투입구(302a3)를 통하여 투입되는 연소공기는 분사구(302a2) 내주면에 대하여 접선 방향으로 투입된 후 분사구(302a2)의 내주면을 따라 회전하게 되므로, 전체적으로 볼 때, 연소공기는 와류 형태로 투입되게 된다. 그 결과 연소실(302)에서 발생하는 불꽃이 와류 형태를 띄게 된다.Combustion air introduced through the combustion air inlet 302a3 is injected in a tangential direction with respect to the inner circumferential surface of the injection hole 302a2, and then rotates along the inner circumferential surface of the injection hole 302a2. . As a result, the spark generated in the combustion chamber 302 takes the form of a vortex.
보조 버너(302b)는 점화장치가 내부에 구성되어 초기 점화에 사용되며, 메인 버너(302a)로 기능이 넘어가면 보조 버너(302b)의 작동은 중단된다. The
반응기 본체(304)는 와류 형태의 불꽃을 발생하는 연소실(302)의 특성으로 인해 크기를 최소화할 수 있다. 즉, 연소실(302)에서 발생하는 와류 형태의 불꽃 때문에 통상의 직사형 불꽃에 비해 짧은 길이의 불꽃으로도 동일한 효과를 얻을 수 있기 때문에 반응기 본체(304)의 길이를 최소화할 수 있는 것이다.The reactor body 304 can be minimized due to the nature of the combustion chamber 302 generating a vortex-shaped flame. That is, since the same effect can be obtained even with a shorter length of flame than a conventional direct flame due to the vortex type spark generated in the combustion chamber 302, the length of the reactor body 304 can be minimized.
한편, 온도계를 구비하여 반응기 본체(304) 내부의 반응온도와 연소실(302) 메인 버너(302a)의 연료 공급을 제어, 연동하도록 구성하였다. 연료 사용을 절감하기 위하여 연소공기를 300~400도로 예열하는 것이 바람직하다. On the other hand, the thermometer was provided to control and interlock the reaction temperature in the reactor body 304 and the fuel supply of the combustion chamber 302
예열온도를 400도 이상으로 올리면, 메인 버너(302a)의 연료 투입량이 최소 연료량 이하로 줄어들게 되어 불꽃이 유실되거나 불완전 연소가 일어나게 된다. 따라서 예열온도를 300~400도 범위 내에서 유지하면서 운전하는 것이 바람직하다. When the preheating temperature is raised to 400 degrees or more, the fuel input amount of the
도 5는 반응기 본체의 구성을 보인다.5 shows the configuration of the reactor body.
도 5를 참조하면, 반응기 본체(304)의 내주면은 내화물(304a)에 의해 둘러싸여 있고, 온도계(304b), 그리고 점검창(304c)이 설치되어 있다.5, the inner peripheral surface of the reactor main body 304 is surrounded by the refractory 304a, and the
급속 냉각 장치(quencher, 106)는 연소반응기(104)로부터 배출되는 연소가스를 급속하게 냉각시킨다.A
950~1300℃로 매우 높은 연소가스의 온도가 급속하게 떨어지지 않고 천천히 떨어지게 되면, 1차적으로 불화가스의 재결합이 이루어진다. 이 경우 제거효율이 5%~20% 정도 낮아지게 된다. 또한, 2차적으로 다이옥신이 발생하거나 By-product, 즉 다른 형태의 오염 물질을 만들어내기도 한다. 따라서 고온의 연소가스를 급속히 냉각할 필요가 있다. When the temperature of the very high combustion gas drops slowly, not rapidly, at 950-1300 ° C, recombination of the fluoride gas is primarily performed. In this case, the removal efficiency is lowered by 5% to 20%. In addition, dioxin is generated secondarily, or by-products, or other forms of pollutants. Therefore, it is necessary to cool the hot combustion gas rapidly.
도 6은 급속 냉각 장치의 구성을 보이는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing the configuration of a rapid cooling device.
급속 냉각 장치(quencher, 106)는 다음과 같이 급속 냉각 탱크(502), 순환수펌프(504), 순환수냉각기(506), 비상용급수조(508, 도 1 참조), 급속냉각탱크 내부에 위치한 하강관(510)과 하강관(510)의 중앙부 주위를 둘러 쌓은 내벽(512), 냉각 재킷(514), 하강관 받침대(516) 등으로 구성된다. 도 5에 도시된 급속 냉각 장치는 본 발명의 요약에서의 급속 냉각 장치에 해당한다.
급속 냉각 탱크(502)는 물과의 직접 열교환을 통하여 연소가스의 온도를 급속도로 하강시킨다.The
급속 냉각 탱크(502)는 일정 수위(내벽 전체 길이를 기준으로 약 70%)까지 물을 가득 채운 상태를 유지하며, 급속냉각이 수행되는 기본 장치이다. 순환수 펌프(504)는 급속 냉각 탱크(502) 내부의 물을 자체 순환시키는 역할을 한다. 급속 냉각 탱크(502)에 채워진 물이 고온의 연소가스의 열을 빼앗아 급속 냉각 탱크(502) 내부의 수온이 70도 이상으로 상승하게 된다. The
급속 냉각 탱크(502)의 수온을 50~70도로 유지하여야만 급속 냉각 장치(106)가 제대로 기능 할 수 있다. 이에 따라, 급속 냉각 장치(106)의 수온을 40~70도의 범위 내에서 유지하도록 순환수 냉각기(506)를 순환수 배관에 설치한다. 순환수 냉각기(506)에서 냉각수와의 열교환을 통하여 수온을 낮추게 되며, 이를 통하여 급속 냉각 장치(106)의 운전을 정상상태로 유지할 수 있다. The temperature of the
급속 냉각 장치(106)는 950도 이상의 높은 연소가스를 1~2초 내에 70~100도 범위 내로 온도를 낮추는 기능을 한다. 급속 냉각 기능의 핵심은 급속 냉각 탱크(502)와 그것의 내부에 구성된 장치들의 상호작용으로 발휘하게 된다.The
급속 냉각 탱크(502) 내부에는 하강관(510), 하강관 받침대(516), 하강관(510)을 둘러싸는 내벽(512)이 설치된다. 하강관(510)은 반응기 본체(304)로부터의 연소가스가 급속 냉각 탱크(502)로 유입되는 통로이다. 하강관 받침대(516)는 급속 냉각 탱크(502)의 저면에 설치되며, 하강관(510)을 지지한다.An
높은 온도의 연소가스가 직접 접촉하여 하강관(510)이 변형, 균열, 부식될 수 있으므로 하강관(510)의 재질 선정이 중요하다. 하강관(510)은 하스텔로이 (hastelloy), 티타늄 계통의 금속 또는 강화 흑연 등으로 제작한다. It is important to select the material of the
하강관(510)을 구성하는 금속이나 흑연의 변형을 방지하기 위하여 하강관(510) 상부에는 냉각재킷(514)이 구성된다. 냉각재킷(514)에는 언제나 물이 가득 차있고, 그 중에서 일정량이 하강관(510) 내부로 수막을 형성하면서 흘러내리도록 구성된다. Cooling
냉각재킷(514)에 물이 충분하지 않거나 물공급이 중단되면, 하강관(510)의 균열로 인하여 급속 냉각 장치(106) 전체가 온도상승으로 손상을 입을 수 있어서, 냉각재킷(514)의 수량을 유지하도록 비상용 급수조(508)를 구성하고, 냉각재킷(514) 공급배관의 유량계와 급속 냉각 탱크(502) 내의 온도와 제어 연동하여 비상시에 안전을 유지하도록 한다. If there is not enough water in the
냉각재킷(514)의 상부와 반응기 본체(304)와의 결합 부위에도 내부 내화물(518)이 구성되어 하강관(510)에 직접 열이 닿지않게 하였다. The internal refractory 518 is also configured at the coupling portion between the upper portion of the cooling
하강관(510)이 위치하는 내벽(512) 안쪽에는 내벽(512) 전체 길이를 기준으로 20~30% 정도의 물이 차져 있으며, 내벽(512) 바깥으로는 내벽(512) 전체 길이를 기준으로 약 70% 정도의 물이 채워져 있다. Inside the
하강관(510)의 가스배출구(510c)는 물속에 잠겨 있으며, 연소반응기에서 밀어내는 압력으로 물을 밀어내어 물은 내벽(512)을 따라 흘러 내벽(512) 바깥쪽으로 넘치도록 구성되어 있다. The gas outlet 510c of the
폐 불화가스 처리장치(100)가 가동하기 전에는 내벽(512) 안쪽과 바깥쪽에 수위가 같으나 폐 불화가스 처리장치(100)가 가동하면 가스의 압력에 의하여 내벽(512) 안쪽의 수위가 떨어진다. 실제 차압을 재어보면 800mmAq의 압력 차이가 나며, 이 압력 차이는 내벽 안쪽과 바깥쪽의 수위가 800mm정도 차이가 나는 것으로 보면 된다. Before the waste fluorine
하강관(510) 하부에는 가스 배출구(510c)가 복수개 (약 12~20개 정도) 구성되며 이 가스배출구(510c)를 통하여 가스는 급속 냉각 탱크(502)의 물과 직접 접촉하게 된다. A plurality of gas outlets 510c are formed in the lower portion of the
하강관(510) 밑에는 하강관 받침대(516)가 구성되어 하강관(510)의 위치를 고정하도록 되어 있다. 하강관(510)의 하부를 일정 간격으로 둘러싼 내벽(512)이 설치되며, 이 내벽(512)은 급속 냉각의 결정적인 기능을 한다. Under the
도 7은 급속 냉각 장치 내부의 구성을 상세하게 도시한다. 7 shows the configuration inside the rapid cooling apparatus in detail.
하강관(510)의 하측 단부(도 6에서 D점과 E점 사이)에는 복수의 가스 배출구(510c)가 형성되어 있다. 복수의 가스배출구(510c)는 하강관(510)의 단부에서 하강관(510)의 둘레를 따라 천공되어 있는 것이다. 하강관(510)의 하부는 하강관 받침대(516)에 의해 지지가 되어 있으며, 연소가스는 가스배출구(510c)를 통해서만 물속으로 배출된다.A plurality of gas discharge ports 510c are formed at the lower end portion (between point D and point E in FIG. 6) of the
하강관(510)은 물속에 잠기게 된다. 연소반응기(104)에서 배출되는 고온의 연소가스는 하강관(510)의 단에 설치된 복수의 가스 배출구(510c)를 통하여 배출되어 물속으로 고르게 퍼지게 된다. The
이 과정에서 물과의 접촉을 최대한으로 한 후, 물 표면으로 나온 가스는 급속 냉각 탱크(502)의 상부에 설치된 배출구(502a)를 통하여 배출된다. (도 6에서 흰색 화살표는 연소가스의 흐름을 보인다.) 배출구(502a)는 급속냉각탱크(502)에 채워진 물의 수위보다 높은 위치에 설치되는 것이 바람직하다.After maximizing contact with water in this process, the gas exiting the water surface is discharged through the
한편, 하강관(510)의 하부 단부 주변에는 내벽(512)이 형성되어 있고, 이 내벽(512)은 하강관(510)의 주변을 일정 거리에서 둘러싸도록 형성되어 있다.On the other hand, an
하강관(510)으로부터 나온 가스는 그것의 압력으로 급속 냉각 탱크(502)의 내벽(512) 안쪽의 물을 밀어내고 이렇게 밀려난 물은 내벽(512) 안쪽을 타고 올라가 내벽(512) 바깥쪽을 타고 내려오게 된다. 내벽 (512) 안쪽의 물은 내벽(512)과 하강관(510) 상부 사이의 틈을 통하여 내벽(512) 바깥쪽으로 흘러나간다. The gas from the
내벽(512) 안쪽을 타고 올라가는 물과 연소가스는 일차적으로 직접적인 열교환을 하게 된다. 이 과정에서 90% 이상의 열 교환이 일어난다.Water and combustion gas rising up inside the
급속 냉각 탱크(502) 내의 물은 내벽(512)을 타고 순환하며 연소가스의 온도를 급격히 낮추게 한다. 물이 내벽(512) 안쪽에서 바깥으로 내보내 지면, 내벽(512) 안쪽에 물이 없어지게 된다. The water in the
이렇게 되면, 내벽(512) 바깥에서 순환구멍(512a)을 통하여 일정량의 물이 내벽(512) 안쪽으로 보내지며 또한, 냉각재킷(514)에서도 일부 물을 공급하게 된다. (도 7에서 급속 냉각 탱크(502) 내부의 검은색 화살표는 급속 냉각 탱크(502) 내부에서의 물의 흐름을 보인다.)In this case, a certain amount of water is sent into the
본 발명에서는 하강관(510)의 재질은 그라파이트 계열을 사용하게 되면 고온에 의하여 균열이 일어나게 되는 경우가 발생한다. 따라서 하스텔로이 등의 금속계통의 재질을 사용하게 되면 균열이 일어나지 않게 된다.In the present invention, when the material of the
그라파이트 계열을 재질로 사용하게 되는 경우에 내주면을 타고 흐르는 수막을 형성함으로써, 연소가스의 고온이 하강관(510)에 직접 영향을 주는 것을 최소화하게 된다. 도 6에서 하강관(510)의 안쪽에 도시된 화살표는 하강관(510) 내부에서의 물의 흐름을 보인다. 이와 같이, 하강관(510)의 내주면을 타고 흐르는 수막을 형성하기 위해 유로를 형성할 필요가 있다. 물론 금속의 경우에는 그럴 필요가 없게 된다.When using a graphite-based material to form a water film flowing through the inner circumferential surface, it is minimized that the high temperature of the combustion gas directly affects the
도 7을 참조하면, 냉각 재킷(514)과 연결되는 부위(도 6에서 A점과 B점 사이, 이하 하강관의 상측 단부라 함)에 복수의 배수구(510a)가 형성되어 있다. 복수의 배수구(510a)는 하강관(510)의 둘레를 따라 복수개 천공되어 있다.Referring to FIG. 7, a plurality of drain holes 510a are formed at a portion connected between the cooling jacket 514 (between A point and B point in FIG. 6, hereinafter referred to as the upper end of the downcomer). A plurality of drain holes 510a are perforated along the circumference of the
하강관(510)의 상측 단부에 설치된 복수의 배수구(510a)를 통해 냉각재킷(514)에 담긴 물이 하강관(510)의 내주면으로 흘러든다. 하강관(510)의 내주면으로 흘러든 물은 중력에 따른 하강 작용으로 하강관(510)의 내주면을 타고 흘러내리면서 자연스럽게 수막을 형성하게 된다. 이와 같은 수막 현상에 의해 나머지 10% 미만의 열교환이 일어나게 된다. 수막 및 내벽의 작용에 의해 연소가스의 온도를 원하는 범위 내에서 냉각시켜 배출하게 된다.Water contained in the
냉각 재킷(514) 아래 부분(도 6에서 B점과 C점 사이, 이하 하강관의 상부라 함)에서 하강관(510)을 깔때기 모양으로 테이핑(taping)을 주고 있다. 이와 같이 하강관(510)의 상부에 형성된 테이핑된 부분(510b)에 의해 물이 저항을 받으면서 내려가게 되므로 하강관(510)의 내주면을 따라 흐르는 수막의 형성이 더욱 자연스럽게 될 수 있다.Taping of the
후처리 장치(108)는 급속 냉각 장치(106)에서 배출되는 냉각된 연소 가스에 포함된 불화물질(F, S, N 등)을 제거한다. 후처리 장치(108)는 습식 전기 집진 장치로 구현된다.The
후처리 장치(108)는 전처리 장치(102)와 거의 유사하게 구성된다. 차이점은 미세먼지를 제거하여 후단 장치의 부하를 감소하는 미세입자제거장치(202)가 제외된다. 이는 반도체 디스플레이 공정에서 발생하는 다량의 미세먼지와 다르게 급속냉각기에서 다량 내화물, 분진 등이 다량 침전되어 이오나이저에서 충분히 제거 가능한 농도로 미세먼지가 유입되기 때문에 제외하였다. The
도 1에서와 같이, 스택을 별도로 구성하는 이유는 CDM사업 또는 국내 탄소배출권 시장에 본 발명을 적용하게 되면 분석 및 측정에 대한 규정으로 스택을 구성할 필요가 있어 배출구에 스택을 바로 달지 않고 별도로 구성하였다.As shown in FIG. 1, the reason for separately configuring the stack is that if the present invention is applied to the CDM business or the domestic carbon credit market, it is necessary to configure the stack as a rule for analysis and measurement. It was.
분사장치에서 산(Acid) 성분을 제거하고, 이오나이저 장치에서 미세먼지 및 미세먼지에 고착된 산(Acid) 성분을 함께 제거하여 오염물이 대기에 배출되는 것을 방지한다. The acid component is removed from the injector and the dust and the acid component adhered to the fine dust are removed together in the ionizer device to prevent contaminants from being released into the atmosphere.
불화가스가 분해되면 불화원소(예를 들어 F, S, N)가 존재하게 된다. F 원소는 물과 만나 HF, 즉 불산이 되어 설비의 부식과 외부에 오염원을 누출시키게 된다. 또한, SF6의 경우 S는 황산 형태로, NF3의 경우, N은 질산 형태로 배출되어 문제를 야기할 수 있다. 이 오염원을 제거하기 위하여 후처리 장치(108)를 구성하였다. When the fluorinated gas is decomposed, elements of fluoride (eg, F, S, N) are present. Element F encounters water and becomes HF, or hydrofluoric acid, which causes corrosion of the plant and leakage of pollutants to the outside. In addition, in the case of SF 6 , S is released in the form of sulfuric acid, in the case of NF 3 , N in the form of nitric acid may cause problems. The
일반적인 세정법으로 처리가능하지만 처리 가스 중 오염성분의 농도가 매우 높다. 예를 들면 SF6의 경우, 인입 농도가 2,000ppm 이면, 황산의 농도도 2,000ppm, 불산의 농도는 12,000ppm이 된다. NF3 경우도 입인 농도가 2,000ppm 이면, 질산의 농도도 2,000ppm, 불산의 농도는 6,000ppm이 된다. Although it can be treated by a general cleaning method, the concentration of contaminants in the process gas is very high. For example, in the case of SF 6 , when the inlet concentration is 2,000 ppm, the sulfuric acid concentration is 2,000 ppm and the hydrofluoric acid concentration is 12,000 ppm. In the case of NF 3, when the concentration of incorporation is 2,000 ppm, the concentration of nitric acid is 2,000 ppm and the concentration of hydrofluoric acid is 6,000 ppm.
이와 같이 처리성분이 고농도이면 장비의 크기가 커지고, 안정적인 운영을 위해서는 여러 대를 설치해야 한다. 이에 후처리 장치(108)를 후단에 구축하여 고농도 처리는 물론 반응기에서 발생하는 미세입자도 함께 제거하도록 구성한다. 전처리 설비와 같은 형태의 장비를 이용한다. In this way, if the concentration of the treatment component is high, the size of the equipment increases, and several units must be installed for stable operation. Thus, the
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, these can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
100....폐 불화가스 처리장치
102...전처리 장치 104...연소반응기
106....급속 냉각 장치 108...후처리 장치
110....예열기
202...미립자 제거 장치 204...제1이오나이저
206...제1분사장치 208...제2분사장치
212...디미스터
302...연소실
302a...메인 버너 302b...보조 버너
302c...불꽃감지기 302d...불꽃감지창
304...반응기 본체
304a...내화물 304b...온도계
304c...점검창
302a1...연료분사봉 302a2 ...분사구
302a3...연소공기 투입구
502...급속냉각탱크 502a...배출구
504...순환수펌프 506...순환수냉각기
508...비상용급수조 510...하강관
510a...배수구 510b...테이핑된 부분
512...내벽 512a...순환구멍
514...냉각 재킷 516...하강관 받침대
518,520...내화물100 .... Waste Fluoride Gas Treatment System
102
106 ....
110 .... Preheater
202 ...
206 ...
212 ... Demister
302.Combustion chamber
302a ...
304 ... reactor body
304a ... Refractory 304b ... Thermometer
304c ... inspection window
302a1 ... fuel injection rod 302a2 ... injection hole
302a3.Combustion air inlet
502 ...
504 circulating
508 ... emergency
510a ... drain 510b ... tape
512 ...
514 ... cooling
518,520 ... Refractory
Claims (12)
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하는 전처리 장치;
상기 전처리 장치를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 열분해하는 연소반응기;
상기 연소반응기로부터 배출되는 고온의 연소가스의 온도를 급속하게 냉각시키는 급속 냉각 장치;
상기 급속 냉각 장치는 물과의 열교환을 통하여 연소 가스의 온도를 급속하게 하강시키는 급속 냉각 탱크;
상기 연소 반응기에서 배출되는 연소가스를 상기 급속 냉각 탱크의 일정 수위 밑으로 유입하는 하강관;
상기 하강관을 지지하는 하강관 받침대;
상기 하강관의 주위를 일정거리로 둘러싸고 있는 내벽;을 포함하며,
여기서, 상기 하강관의 하부에는 상기 하강관의 둘레 방향을 따라 복수의 가스배출구가 천공되어 있고,
상기 내벽의 내부에는 일정 수위의 물이 채워지며,
상기 급속 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 연소가스에 포함된 불화 물질을 제거하는 후처리 장치; 및
상기 연소반응기에 제공되는 연소 공기를 예열하는 예열기;를 포함하는 폐 불화가스 처리장치.In the waste fluoride gas treatment apparatus for treating waste fluoride gas discharged from the semiconductor, display manufacturing process,
A pretreatment device for removing fine dust and acid components contained in waste fluoride gas discharged from a semiconductor and display manufacturing process;
A combustion reactor for thermally decomposing fluorinated gas from which fine dust and acid components are removed through the pretreatment apparatus at a high temperature;
A rapid cooling device for rapidly cooling a temperature of the hot combustion gas discharged from the combustion reactor;
The rapid cooling device includes a rapid cooling tank for rapidly lowering the temperature of the combustion gas through heat exchange with water;
A downcoming pipe introducing the combustion gas discharged from the combustion reactor below a predetermined level of the rapid cooling tank;
A downcomer pedestal for supporting the downcomer;
It includes; inner wall surrounding the down pipe at a certain distance;
Here, a plurality of gas outlets are drilled in the lower portion of the downcoming pipe along the circumferential direction of the downcoming pipe,
Inside the inner wall is filled with water of a certain level,
A post-treatment device for removing fluorinated substances contained in the cooled combustion gas discharged from the rapid cooling device; And
And a preheater for preheating combustion air provided to the combustion reactor.
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하는 전처리 장치;
상기 전처리 장치를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 열분해하는 연소반응기;
상기 연소반응기로부터 배출되는 고온의 연소가스의 온도를 급속하게 냉각시키는 급속 냉각 장치;
상기 급속 냉각 장치는 상기 연소 반응기에서 배출되는 연소가스를 급속 냉각 탱크의 일정 수위 밑으로 유입하는 하강관;
상기 하강관의 상측 단부에 결합되며 물을 수용하는 냉각 재킷을 더 구비하고,
상기 하강관의 상측 단부에는 상기 냉각 재킷에 수용된 물이 흘러들어 올 수 있는 복수의 배출구가 상기 하강관의 둘레를 따라 복수개 설치되며,
상기 급속 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 연소가스에 포함된 불화 물질을 제거하는 후처리 장치; 및
상기 연소반응기에 제공되는 연소 공기를 예열하는 예열기;를 포함하는 폐 불화가스 처리장치.In the waste fluoride gas treatment apparatus for treating waste fluoride gas discharged from the semiconductor, display manufacturing process,
A pretreatment device for removing fine dust and acid components contained in waste fluoride gas discharged from a semiconductor and display manufacturing process;
A combustion reactor for thermally decomposing fluorinated gas from which fine dust and acid components are removed through the pretreatment apparatus at a high temperature;
A rapid cooling device for rapidly cooling a temperature of the hot combustion gas discharged from the combustion reactor;
The rapid cooling device includes a downcoming pipe for introducing the combustion gas discharged from the combustion reactor below a predetermined level of the rapid cooling tank;
A cooling jacket coupled to the upper end of the downcomer and receiving water;
At the upper end of the downcomer, a plurality of outlets through which water contained in the cooling jacket flows are installed along a circumference of the downcomer,
A post-treatment device for removing fluorinated substances contained in the cooled combustion gas discharged from the rapid cooling device; And
And a preheater for preheating combustion air provided to the combustion reactor.
The apparatus of claim 3, wherein the upper portion of the downcomer is tapered in a funnel shape.
상기 냉각 재킷이 일정량의 물을 수용하도록 상기 냉각 재킷에 물을 공급하는 비상용 급수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 불화가스 처리장치.
The method of claim 3,
And an emergency water supply tank for supplying water to the cooling jacket so that the cooling jacket receives a predetermined amount of water.
상기 급속 냉각 탱크 내부의 물을 자체 순환을 시키는 순환수 펌프; 및
순환수 배관에 설치되는 순환수 냉각기;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 불화가스 처리장치.
The method of claim 2, wherein the rapid cooling device
A circulating water pump for self-circulating water in the rapid cooling tank; And
A circulation water cooler installed in the circulation water pipe;
Waste fluoride gas treatment apparatus further comprising a.
반도체, 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 불화가스에 포함된 미세 먼지 및 산 성분을 제거하는 전처리 장치;
상기 전처리 장치를 통하여 미세 먼지 및 산 성분이 제거된 불화가스를 고온으로 열분해하는 연소반응기;
상기 연소 반응기는 연료를 연소시키는 메인 버너를 포함하는 연소실; 및
내화물로 둘러싸여 있고 불화가스가 고온에서 열분해 하는 내부 공간을 제공하는 반응실을 포함하며,
여기서, 상기 메인 버너는
폐 불화가스와 혼합된 연료를 분사하는 연료분사봉;
상기 연료분사봉의 주위를 깔대기 모양으로 둘러싸고 있는 분사구; 및
상기 분사구의 내주면에 대하여 접선방향으로 연소공기를 투입하는 연소공기 투입구; 를 포함하여 와류 형태의 불꽃을 발생하고,
상기 연소반응기로부터 배출되는 고온의 연소가스의 온도를 급속하게 냉각시키는 급속 냉각 장치;
상기 급속 냉각 장치에서 배출되는 냉각된 연소가스에 포함된 불화 물질을 제거하는 후처리 장치; 및
상기 연소반응기에 제공되는 연소 공기를 예열하는 예열기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 불화가스 처리장치.In the waste fluoride gas treatment apparatus for treating waste fluoride gas discharged from the semiconductor, display manufacturing process,
A pretreatment device for removing fine dust and acid components contained in waste fluoride gas discharged from a semiconductor and display manufacturing process;
A combustion reactor for thermally decomposing fluorinated gas from which fine dust and acid components are removed through the pretreatment apparatus at a high temperature;
The combustion reactor includes a combustion chamber including a main burner for burning fuel; And
A reaction chamber surrounded by a refractory and providing an internal space for pyrolysis of the fluorinated gas at a high temperature;
Here, the main burner
A fuel injection rod for injecting fuel mixed with waste fluorine gas;
An injection hole surrounding the fuel injection rod in a funnel shape; And
Combustion air inlet for injecting combustion air tangentially with respect to the inner circumferential surface of the injection hole; Generates sparks in the form of vortex, including
A rapid cooling device for rapidly cooling a temperature of the hot combustion gas discharged from the combustion reactor;
A post-treatment device for removing fluorinated substances contained in the cooled combustion gas discharged from the rapid cooling device; And
And a preheater for preheating combustion air provided to the combustion reactor.
물과의 열교환을 통하여 연소 가스의 온도를 급속하게 하강시키는 급속 냉각 탱크;
연소가스를 상기 급속 냉각 탱크의 일정 수위 밑으로 유입하는 하강관;
상기 하강관을 지지하는 하강관 받침대;
상기 하강관의 주위를 일정거리로 둘러싸고 있는 내벽;
을 포함하며,
여기서, 상기 하강관의 하부에는 상기 하강관의 둘레 방향을 따라 복수의 가스배출구가 천공되어 있고,
상기 내벽의 내부에는 일정 수위의 물이 채워지는 것을 특징으로 하는 급속 냉각 장치.
In the rapid cooling device used in the waste pyrolysis gas treatment device of the pyrolysis method,
A rapid cooling tank for rapidly lowering the temperature of the combustion gas through heat exchange with water;
A downcoming pipe introducing combustion gas below a predetermined level of the rapid cooling tank;
A downcomer pedestal for supporting the downcomer;
An inner wall surrounding the downcomer at a predetermined distance;
Including;
Here, a plurality of gas outlets are drilled in the lower portion of the downcoming pipe along the circumferential direction of the downcoming pipe,
Rapid cooling device, characterized in that the inside of the inner wall is filled with water of a certain level.
상기 하강관의 상측 단부에 결합되며 물을 수용하는 냉각 재킷을 더 구비하고,
상기 하강관의 상측 단부에는 상기 냉각 재킷에 수용된 물이 흘러들어 올 수 있는 복수의 배출구가 상기 하강관의 둘레를 따라 복수개 설치된 것을 특징으로 하는 급속 냉각 장치.
The method of claim 10, wherein the rapid cooling device
A cooling jacket coupled to the upper end of the downcomer and receiving water;
The upper end of the downcomer is a rapid cooling apparatus, characterized in that a plurality of outlets through which the water contained in the cooling jacket flows is installed along the circumference of the downcomer.
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KR101720987B1 (en) * | 2015-04-28 | 2017-04-10 | 주식회사 글로벌스탠다드테크놀로지 | Treating apparatus and method of non-degradable gas |
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